JP2007290000A - Flat die for form rolling of worm shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はウォームギヤ付シャフトであるウオーム軸の転造加工用平ダイスに関する。 The present invention relates to a flat die for rolling a worm shaft, which is a shaft with a worm gear.
従来、小形モータなどに使用されるウォームギヤ付シャフトであるウオーム軸は、転造加工により円柱状素材の周面転造部にウォームギヤが形成される。即ち、円柱状素材を一対のダイスにて押圧しながら互いに逆方向に移動させ、これにより円柱状素材を回転させてその周面転造部にウォームギヤを形成させる。
かかる従来の転造加工によりウオーム軸を形成する場合、転造用ダイスの端部での加重アンバランスにより、転造加工したウオーム軸の一例の側面図である図1に示すように、ウオーム軸12の切れ上がり部、即ち、円柱状素材の周面転造部2の端部、に曲がり5が発生する。ウオーム軸12に発生した曲がり5は、小形モータに組み込まれると、異常振動や騒音の原因となるので、ウオーム軸12の曲がり5を一定レベル以下とするため、曲がり取り矯正などの工程を必要とするなどの課題があった。こうした課題を解決する方法として、特許文献1では平ダイスにおいて、転造中の平ダイスの両側面に、各一対の矯正ダイスを、円柱状素材の周面転造部に隣接した円筒部に接するように配置し、曲がりを矯正する方法を提案する。しかしながら、この方法では、ウオーム軸加工部、即ち円柱状素材の周面転造部、に隣接して矯正ダイスを押し当てる押し当て部として、一定幅のフラット部を加工物に設ける必要があり、適用できるワークが限られた。また、ウオーム転造加工では、加工が進むに従い、平ダイスのリード角に対応した転がり径にずれが生じ、ウォームギヤの有効歯幅が短くなるという課題もあった。
When the worm shaft is formed by the conventional rolling process, as shown in FIG. 1, which is a side view of an example of the worm shaft that has been subjected to the rolling process due to the weighted imbalance at the end of the rolling die, A bend 5 is generated at the twelve cut-off portions, that is, at the end portions of the peripheral
本発明の課題は、かかる従来の課題を解決した、円柱状素材の周面転造部に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがない、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供することにある。
本発明の別の課題は、転造加工による歩みによりウォームギヤの有効歯幅が短くならず、必要な有効歯幅を確保できるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供することにある。
The problem of the present invention is that it is not necessary to provide a flat portion with a constant width for a straightening die adjacent to the peripheral surface rolling portion of the cylindrical material, which solves the conventional problem, and the applicable work is limited. An object of the present invention is to provide a flat die for a worm shaft rolling process that is not deformed and has a small workpiece bending due to a rolling process and does not require a process such as a bending correction.
Another object of the present invention is to provide a flat die for worm shaft rolling which can secure a necessary effective tooth width without shortening the effective tooth width of the worm gear due to a step by rolling.
このため本発明は、一対の平ダイス間に配置して円柱状素材の周面転造部にウォームギヤを形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角をβ1、前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ2とし、β1<β2 に設定し、かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β1から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β2に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことを特徴とするウォーム軸転造加工用平ダイスを提供することにより上述した本発明の課題を解決した。 Therefore, the present invention provides a worm shaft rolling flat die that is arranged between a pair of flat dies and forms a worm gear on a peripheral rolling portion of a cylindrical material, and a thread at the leading end of the biting portion of the flat die. The lead angle of the flat die is set to β1, the lead angle of the screw thread at the end of the finished portion of the flat die is set to β2, and β1 <β2 is set. By providing a flat die for worm shaft rolling processing, wherein the thread angle is formed by continuously and smoothly changing the lead angle until the lead angle β2 of the thread at the end of the finished part is reached. The problem of the present invention described above has been solved.
矯正用ダイスを使用しないウォーム軸の転造加工においては、転造加工時に被加工物が滑りなしでころがる円をころがり円と呼ぶが、このころがり円の径、ころがり径Dは転造加工の実験により求めらる。また、被加工物を加工するための平ダイスのリード角をβ、ウォームギヤの軸方向ピッチをPとすると、tanβ=P/πD の関係が成立するが、実際の転造加工においては、平ダイスの食いつき部から仕上げ部にかけて円柱状素材の材料がウォームギヤの歯先まで盛り上がり、円柱状素材のころがり径が次第に大きくなる。このため、平ダイスのリード角βが一定の場合は、設計ころがり径Dと実際のころがり径との差により、ウォーム軸が軸方向に移動する歩みが生じるが、本発明では、平ダイスの食いつき部の円柱状素材のころがり径<仕上げ部のころがり径、と設定し、平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β1<仕上げ部終端のねじ山のリード角β2とし、かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β1から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β2に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したので、転造加工での歩みを小さくすることができ、円柱状素材の周面転造部に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがなく、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供するものとなった。 In the rolling process of worm shafts that do not use straightening dies, the circle in which the workpiece rolls without slipping during the rolling process is called a rolling circle. The diameter of this rolling circle, the rolling diameter D, is an experiment of rolling process. Is required. Further, when the lead angle of a flat die for processing a workpiece is β and the axial pitch of the worm gear is P, the relationship of tan β = P / πD is established. From the biting part to the finishing part, the material of the cylindrical material rises up to the tip of the worm gear, and the rolling diameter of the cylindrical material gradually increases. For this reason, when the lead angle β of the flat die is constant, there is a step in which the worm shaft moves in the axial direction due to the difference between the design rolling diameter D and the actual rolling diameter. The rolling diameter of the cylindrical material of the part <the rolling diameter of the finishing part, and the lead angle β1 of the chamfered part starting edge of the flat die <the lead angle β2 of the threading end of the finished part, and the flat die Since the lead angle is continuously and smoothly changed from the lead angle β1 of the chamfered portion start thread to the lead angle β2 of the finished end of the flat die, the thread is formed. It is possible to reduce the step in the fabrication process, and it is not necessary to provide a flat part with a constant width for the straightening die adjacent to the peripheral surface rolling part of the cylindrical material, and the applicable work is limited. Without In addition, the present invention provides a flat die for a worm shaft rolling process in which the bending of the workpiece due to the rolling process is small and a process such as bending correction is not necessary.
好ましくは、一対の平ダイス間に配置して円柱状素材の周面転造部にウォームギヤを形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、前記円柱状素材の外径をD0 、ウォームギヤの外径をD3 、ウォームギヤの歯底径をD4 としたとき、前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角をβ1、食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をD1 、ウォームギヤの軸方向ピッチをPとして、
前記食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をD1 を、
(D0 ×0.95)<D1 <(D0 ×1.05) とし、tanβ1=P/πD1 となるように、β1を設定し、
前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ2、仕上げ部での円柱状素材の設計ころがり径をD2 として、仕上げ部での前記円柱状素材の設計ころがり径をD2 を、
〔(D3 +D4 )/2〕<D2 <1.1 ×〔(D3 +D4 )/2〕
とし、tanβ2=P/πD2 となるように、β2を設定し、
かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β1から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β2に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことで、平ダイスの食いつき部での円柱状素材のころがり径は、円柱状素材の径に近似しており、仕上げ部での円柱状素材のころがり径は、ウォームギヤの外径をD3 とウォームギヤの歯底径をD4 との中間径より若干大きめとなることから、平ダイスの食いつき部、仕上げ部のリード角を上記の設定とすることで、転造加工でのウオーム軸の歩みをほぼゼロにすることができた。
Preferably, in a flat dies for worm shaft rolling processing which is disposed between a pair of flat dies and forms a worm gear on the peripheral surface rolling portion of the cylindrical material, the outer diameter of the cylindrical material is D0, When the diameter is D3 and the root diameter of the worm gear is D4, the lead angle of the thread at the start of the bite portion of the flat die is β1, the design rolling diameter of the cylindrical material at the bite portion is D1, the axial direction of the worm gear Let P be the pitch.
The design rolling diameter of the cylindrical material at the biting part is D1,
(D0 × 0.95) <D1 <(D0 × 1.05) and β1 is set so that tanβ1 = P / πD1.
The lead angle of the screw thread at the end of the finished part of the flat die is β2, the designed rolling diameter of the cylindrical material at the finished part is D2, and the designed rolling diameter of the cylindrical material at the finished part is D2.
[(D3 + D4) / 2] <D2 <1.1 × [(D3 + D4) / 2]
And β2 is set so that tanβ2 = P / πD2.
In addition, the lead angle is continuously and smoothly changed from the lead angle β1 of the screw thread at the leading end of the flat die to the screw lead angle β2 at the end of the finish part of the flat die. As a result, the rolling diameter of the cylindrical material at the bite portion of the flat die approximates the diameter of the cylindrical material, and the rolling diameter of the cylindrical material at the finished portion is the outer diameter of the worm gear as D3. Since the root diameter of the worm gear is slightly larger than the intermediate diameter with D4, the lead angle of the flat die biting part and finishing part is set to the above setting, so that the worm shaft step in rolling process is almost I was able to make it zero.
本発明の第1の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスを図1乃至図4を参照して説明する。図1は転造加工したウオーム軸の一例の側面図、図2は本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスの要部断面図、図3は図2のA矢視方向要部側面図で、ウォーム軸転造加工用下平ダイス7を立面図としてみたものであり、図4は図2、図3の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示すグラフ、図5は図6の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示すグラフ、図6は図3に対応した従来のウォーム軸転造加工用下平ダイスの立面図である。
A flat die for worm shaft rolling processing according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a side view of an example of a rolled worm shaft, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a flat die for worm shaft rolling according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a main part in the direction of arrow A in FIG. FIG. 4 is a side view of the
図2に示すように、小形モータなどに使用されるウオーム軸は、円柱状素材であるワーク12を、図示しないセンタ保持装置により回転可能に保持し、ワーク12の周面転造部2を一対の平ダイス6、7で挟み込んで転がすことにより、押圧しながら一対の平ダイス6、7を互いに逆方向に移動させ、これにより円柱状素材であるワーク12を回転させてその周面転造部2にウォームギヤ4を塑性加工により形成させる。該センタ保持装置はワーク12の両センタを支持しワークの歩みに追従できるようにされているが、ワーク柄部円筒部1、3に嵌合し回転可能にされたブッシュ構造でもよい。
As shown in FIG. 2, a worm shaft used for a small motor or the like holds a
図6に示すような従来のウォーム軸転造加工用下平ダイス通常平ダイスでは、ダイス歯、即ち平ダイス上面の歯面のねじ山のリード角は一定で製作されるので、転造加工の進行に伴ってワークの周面転造部のころがり径が変化すると、上述したように、ワークは軸方向に移動することになり歩み現象が起きる。発明者らは、ワークの歩み方向が13で示す方向であるような転造加工を行うと、図1に示すようにワークの歩み方向とは反対方向側の、ウォームギヤ4とワーク柄部円筒部3の境界付近で、ワークの曲がりが発生することを発見した。
図6に示すように、ワーク12が転造加工により加工中のときのそれぞれの位置の平ダイス7とワーク柄部円筒部端部の位置関係は、15⇒16⇒17と、半径方向移動位置a〜cに対応して変化する。ワーク12は図でみて軸方向、矢印op方向に歩む。即ちウォームギヤ4が加工さるべき加工部位を72とすると、加工部位72はワーク柄部円筒部3端部が15⇒16⇒17と加工が進むにつれて軸方向に矢印op方向に移動する。このとき、ワークの歩み方向である矢印op方向とは逆のウオームギヤ4と柄部円筒部3付近でワークの曲がりが発生し、加工精度を悪化させるとともに、ウォームギヤの有効歯幅が短くなった。図5のグラフに図6の平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係を示す。
In the conventional flat die for worm shaft rolling processing as shown in FIG. 6, since the lead angle of the thread of the tooth surface of the die tooth, that is, the upper surface of the flat die is made constant, the rolling process proceeds. When the rolling diameter of the peripheral surface rolling portion of the workpiece changes accordingly, the workpiece moves in the axial direction as described above, and a step phenomenon occurs. When the inventors perform rolling processing in which the workpiece walking direction is the direction indicated by 13, the
As shown in FIG. 6, when the
図2、図3に示すように、本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスは、一対の平ダイス6、7間に配置して円柱状素材であるワーク12の周面転造部2にウォームギヤ4を形成するウオーム軸の転造加工用平ダイスにおいて、平ダイス6、7の食いつき部30始端のねじ山のリード角をβ1、平ダイスの仕上げ部31終端のねじ山のリード角をβ2とし、β1<β2 に設定し、かつ平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β1から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β2に至るまで、リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したものである。これにより、転造加工での歩みを小さくすることができ、円柱状素材の周面転造部2に隣接して矯正ダイス用の一定幅のフラット部を加工物に設ける必要がなく、適用できるワークが限られることがなく、かつ転造加工によるワークの曲がりが小さく、曲がり取り矯正などの工程が不要となるウォーム軸転造加工用平ダイスを提供するものとなった。
2 and 3, the worm shaft rolling flat die according to the embodiment of the present invention is disposed between a pair of
図2、図3に示す本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスでは、円柱状素材であるワーク12の外径をD0 、ウォームギヤ4の外径をD3 、ウォームギヤの歯底径をD4 としたとき、平ダイスの食いつき部30始端のねじ山のリード角をβ1、食いつき部30での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をD1 、ウォームギヤ4の軸方向ピッチをPとして、 食いつき部30での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をD1 を、
D1 =D0 とし、((D0 ×0.95)<D1 <(D0 ×1.05)でもよい)
tanβ1=P/πD1 となるように、β1を設定し、
平ダイスの仕上げ部31終端のねじ山のリード角をβ2、仕上げ部31での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をD2 として、仕上げ部31での円柱状素材であるワーク12の設計ころがり径をD2 を、 D2 = 1.05×〔(D3 +D4 )/2〕 とし、
(D2 は、〔(D3 +D4 )/2〕<D2 <1.1 ×〔(D3 +D4 )/2〕でもよい) tanβ2=P/πD2 となるように、β2を設定し、
かつ平ダイスの食いつき部30始端のねじ山のリード角β1から仕上げ部31終端のねじ山のリード角β2に至るまで、リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことで、平ダイスの食いつき部での円柱状素材のころがり径は、円柱状素材の径に近似しており、仕上げ部での円柱状素材のころがり径は、ウォームギヤの外径をD3 とウォームギヤの歯底径をD4 との中間径より若干大きめとなることから、平ダイスの食いつき部、仕上げ部のリード角を上記の設定とすることで、平ダイス7aとワーク12の相対関係は、21⇒22⇒23のように加工が進むにつれて変化せず一定である。その結果ウォームギヤ端部の曲がりが小さく、加工精度が向上するとともに、不完全歯が少なく、ウォームギヤの有効歯幅を確保するものとなった。図4のグラフに図2、図3に示す本発明の実施形態のウォーム軸転造加工用平ダイスを使用したときのワークが転造加工により軸方向に移動する量である歩み量と、転造加工時間との関係に示すように、転造加工でのウオーム軸の歩みをほぼゼロにすることができた。
In the worm shaft rolling flat die of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 and 3, the outer diameter of the
D1 = D0 and ((D0 × 0.95) <D1 <(D0 × 1.05) may be satisfied)
β1 is set so that tanβ1 = P / πD1,
Design the
(D2 may be [(D3 + D4) / 2] <D2 <1.1 × [(D3 + D4) / 2]) β2 is set so that tanβ2 = P / πD2.
In addition, the thread angle is formed by continuously and smoothly changing the lead angle from the lead angle β1 of the thread at the start end of the
2:円柱状素材の周面転造部、4:ウオーム、6、7:平ダイス
12:円柱状素材であるワーク、30:平ダイスの食いつき部、31:平ダイスの仕上げ部
β、β1、β2:平ダイスのねじ山のリード角
2: Rolled surface of cylindrical material, 4: Worm, 6, 7: Flat die
12: Workpiece made of cylindrical material, 30: Biting portion of flat die, 31: Finishing portion of flat die β, β1, β2: Lead angle of flat die thread
Claims (2)
前記食いつき部での前記円柱状素材の設計ころがり径をD1 を、
(D0 ×0.95)<D1 <(D0 ×1.05) とし、tanβ1=P/πD1 となるように、β1を設定し、
前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角をβ2、仕上げ部での円柱状素材の設計ころがり径をD2 として、仕上げ部での前記円柱状素材の設計ころがり径をD2 を、
〔(D3 +D4 )/2〕<D2 <1.1 ×〔(D3 +D4 )/2〕
とし、tanβ2=P/πD2 となるように、β2を設定し、
かつ前記平ダイスの食いつき部始端のねじ山のリード角β1から前記平ダイスの仕上げ部終端のねじ山のリード角β2に至るまで、前記リード角を連続的にかつなめらかに変化させてねじ山を形成したことを特徴とするウォーム軸転造加工用平ダイス。
In a flat dies for worm shaft rolling processing, which is arranged between a pair of flat dies and forms a worm gear at the peripheral rolling portion of the cylindrical material, the outer diameter of the cylindrical material is D0 and the outer diameter of the worm gear is D3. When the root diameter of the worm gear is D4, the lead angle of the thread at the start of the bite portion of the flat die is β1, the design rolling diameter of the cylindrical material at the bite portion is D1, and the axial pitch of the worm gear is P As
The design rolling diameter of the cylindrical material at the biting part is D1,
(D0 × 0.95) <D1 <(D0 × 1.05) and β1 is set so that tanβ1 = P / πD1.
The lead angle of the screw thread at the end of the finished part of the flat die is β2, the designed rolling diameter of the cylindrical material at the finished part is D2, and the designed rolling diameter of the cylindrical material at the finished part is D2.
[(D3 + D4) / 2] <D2 <1.1 × [(D3 + D4) / 2]
And β2 is set so that tanβ2 = P / πD2.
In addition, the lead angle is continuously and smoothly changed from the lead angle β1 of the screw thread at the leading end of the flat die to the screw lead angle β2 at the end of the finish part of the flat die. A flat die for worm shaft rolling processing, characterized by being formed.
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